Вопрос 60

Камнелитные изделия (бруски, плиты, трубы, желоба и др.) получают путем расплавления предварительно подготовленной шихты из горных пород и соответствующих добавок к ним, отливки расплава в формы, кристаллизации изделия, отжига и охлаждения его.

Сырьем для их производства служат темноокрашенные магматические породы: диабаз, базальт и светлоокрашенные осадочные породы: доломит, мел и кварцевые пески. Целесообразно применять отходы при разработке горных пород.

Для плавки шихты применяют шахтные, ванные, вращающиеся и электрические печи. Наиболее распространены ванные печи. Расплав получается при температуре 1400 ... 1500°С. При непрерывной отливке изделий расплавленный материал поступает в копильники, в которых создается запас однородной массы с температурой 1180... 1250°С. Охлаждение расплава перед разливкой в формы необходимо для образования надлежащей структуры изделий и снижения усадочных дефектов (трещин, раковин). Далее расплав выливается в земляные, металлические или силикатные формы, подогретые до 600... 700°С, и постепенно охлаждается. Затем изделия подвергаются отжигу (медленному охлаждению) обычно в туннельных или камерных печах при температуре 800... 900°С или в специальных печах. Отжиг способствует повышению деформативности, уничтожению температурных напряжений, связанных с охлаждением и кристаллизацией, увеличению сопротивляемости ударным нагрузкам.

Изделия из каменного литья находят широкое применение для футеровки бункеров, течек, корпуса флотационных машин и т. д. Плитки из каменного литья с успехом заменяют металл, их используют для полов в цехах с агрессивными средами, при устройстве полов, в дорожном строительстве. Изделия из каменного литья применяются на химических заводах в качестве футеровки травильных ванн и отстойников.

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность.

Перспективные строительные и конструкционные материалы (обтекатели ракет и сверхзвуковых управляемых снарядов, химически стойкая аппаратура, мостостроительные конструкции и др.).

Вопрос 61

Вопрос 62

В природе имеется более 100 химических элементов — простых веществ, например кислород, водород, азот, железо, медь, сера, фосфор и др.

Все эти простые вещества подразделяются на две группы: металлы и неметаллы (металлоиды). Металлами называются вещества, обладающие следующими характерными признаками: хорошей проводимостью тепла и электричества, ковкостью, особым металлическим блеском.

В технике обычно используются не чистые металлы, а их сплавы, т. е. металлы, имеющие в своем составе различные примеси.Применяемые в технике металлы разделяются на черные и цветные. К черным металлам относятся железо и его сплавы — сталь и чугун.К цветным металлам относятся все остальные — медь, алюминий, олово, свинец, цинк, никель, хром и др.

Черные металлы (железо, чугун и сталь) в промышленности составляют по весу более 90% всего металла, применяемого для различных целей.

Черные металлы употребляются для изготовления строительных металлоконструкций (мостов, балок, ферм, колонн, резервуаров), для изготовления различных машин и аппаратов, вагонов, рельсов и т. п. Причина столь широкого применения черных металлов заключается в их относительной дешевизне и большой прочности.

Цветные металлы употребляются в основном в качестве присадок (добавок) для улучшения свойств черных металлов или придания им особых свойств (например, для изготовления нержавеющих сталей, для получения твердых режущих сплавов и т. п.).

Таким образом, под термином «металлы» понимают всю группу металлических материалов — чистые металлы и сплавы.

Чистые металлы используются только в тех случаях, когда к материалу предъявляют высокие требования в отношении теплопроводности и электропроводности, высокой температуры плавления и т. д.

Так, например, провода, кабели, обмотки электрических машин почти всегда делают из меди, так как медь лучше всех других металлов, за исключением серебра, проводит электрический ток. Чистый вольфрам как самый тугоплавкий металл используется для изготовления нитей электрических лампочек.

Различают две группы сплавов: на основе железа (главная составляющая — железо) и сплавы на основе цветных металлов.

К первой группе относятся чугуны и стали, а ко второй — ряд сплавов на медной, алюминиевой, магниевой и другой основе, например, если к меди добавить цинк, то получится сплав, называемый латунью.

Физические свойства. К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления, расширение при нагревании. Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах. При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.

Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем неокис-ленного.

Удельный вес — вес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.

Теплопроводность — способность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.

Температура плавления — температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.

Расширение металлов при нагревании является важной характеристикой. Поскольку при сварке происходит местный нагрев (нагрев лишь небольшого участка изделия), то изделие в различных частях нагревается до разных температур, что приводит к деформированию (короблению) изделия. Две детали, изготовленные из разных металлов и нагретые до одинаковой температуры, будут расширяться по-разному. Поэтому, если эти детали будут скреплены между собой, то при нагревании могут изогнуться и даже разрушиться.

Усадка — уменьшение объема расплавленного металла при его охлаждении. В процессе усадки металла сварного шва наблюдается коробление детали, появляются трещины или образуются усадочные раковины. Каждый металл имеет свою величину усадки. Чем она больше, тем труднее получить качественное соединение.

Механические свойства. К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.

Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.

Прочность—способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела.

Упругость — свойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Пластичность — способность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Вязкость — способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).